一種船舶鋼板曲面尺寸在線測量系統及其方法技術方案

本發明專利技術公開了一種船舶鋼板曲面尺寸在線測量系統及其方法，一是采用全站儀自動測量與CCD近景攝影測量相結合的方法，同時進行關鍵點的三維精度測量。二是通過CCD近景攝影測量，進行曲面編碼標志點和非編碼標志點三維精度的分段測量；并通過對所述的曲面點三維精度的分段測量，進行曲面分段測量的曲面擬合，生成曲面板的三維模型，與設計的三維模型進行對比分析。本發明專利技術克服了基于全站儀的方法只能完成幾十個關鍵點的數據的測量，大部分工作都是人工完成，實現曲面分段上的關鍵點的坐標精度檢測分析，解決了無法實現曲面的擬合和檢測，無在線檢測功能的問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及機器視覺的三維測量
，特別是涉及一種船舶鋼板曲面尺寸在線測量系統及其方法。
技術介紹
目前，在船舶制造業，從精度測量儀器和精度管理軟件實際生產使用情況來看，在船舶鋼板曲面分段精度測量采用的全站儀加精度管理軟件的方式，已經成熟使用。但是，基于全站儀的方法只能完成數十個點的數據的測量，大部分工作都是人工完成，實現曲面分段上的關鍵點的坐標精度檢測分析，無法實現曲面的擬合和檢測，無在線檢測功能，不能滿足船舶鋼板曲面分段流水線加工的總體要求。船體的曲面分段的精度關系到整個船的功能實現，船體曲面精度的精確快速測量已經成為限制我國船業發展的一個重要問題。隨著計算機事業的蓬勃發展，機器視覺已經融入了各行各業，特別的基于機器視覺的三維測量已經廣泛應用于工業、農業、船舶、航天、交通等事業。因此，基于機器視覺的三維測量具有十分廣闊的生產實踐應用前景。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種船舶鋼板曲面尺寸在線測量系統及其方法，將機器視覺和全站儀測量技術相結合，克服了現有技術的基于全站儀的方法只能完成數十個關鍵點的數據的測量且大部分工作都是人工完成的缺陷，能夠實現曲面分段上的關鍵點的坐標精度檢測分析，解決了現有技術無法實現船舶鋼板曲面的擬合和檢測，無在線檢測功能的問題。為了解決上述現有技術的技術問題，本專利技術采用以下技術方案。本專利技術的一種船舶鋼板曲面尺寸在線測量方法，包括以下步驟：(1)采用全站儀自動測量與CCD近景攝影測量相結合的方法，同時進行關鍵點的三維精度測量，并生成所述的關鍵點分析報告。(2)通過CCD近景攝影測量，進行曲面編碼標志點和非編碼標志點三維精度的分段測量；并通過對所述的曲面點三維精度的分段測量，進行曲面分段測量的曲面擬合，生成曲面板的三維模型，與設計的三維模型進行對比分析，生成所述的曲面對比分析報告。所述的步驟(1)采用全站儀自動測量與CCD近景攝影測量相結合的方法，同時進行關鍵點的三維精度測量，其中：所述的采用全站儀自動測量是指，采用全站儀進行手動或自動測量分段，獲取關鍵點三維坐標數據后，傳遞給Pad軟件進行關鍵點的管理；然后，經過ECO-SYSTEM精度管理系統分析關鍵點精度；所述的全站儀設置為測角精度2秒，測距精度為±(1mm+1.5ppm×D)mm；所述的CCD近景攝影測量是指，采用單個CCD攝像機獲取圖像，從不同角度針對一個位置采集5-10幅圖像，然后移動到下一個位置，依次重復操作，直至完成整個測量幅面數據采集。所述的步驟(2)通過CCD近景攝影測量，進行曲面點三維精度的分段測量；并通過對所述的曲面點三維精度的分段測量，對曲面分段的三維測量點進行曲面擬合，生成曲面板的三維模型，與設計的三維模型進行對比分析，具體包括以下步驟：(2-1)單個CCD相機圖像獲取：在一個位置上從不同角度采集大約5-10幅圖像，然后移動到下一個位置，依次重復操作，直至完成整個測量幅面數據采集；(2-2)圖像處理：CCD攝像機得到的圖像，實現像點自動識別與定位、定向靶與編碼標志識別、像點交互操作、單張像片定向及反算像點等功能；(2-3)像點自動匹配：經過圖像處理的圖像進行像點自動匹配，利用已知點實現普通測量點的自動匹配及其三維坐標初值計算；(2-4)自檢校光束法平差：三維坐標初值進行自檢校光束法平差，顯示像片、物方點及基準尺統計信息、平差狀態信息以及物方點坐標精度估計值等；(2-5)三維數據顯示：可直觀地查看各測量點及攝站信息；(2-6)參數設計：設置測量基本參數和平差參數，其中基本參數包括像點掃描、像點檢驗、定向靶與編碼標志識別、空間前方交會、空間后方交會以及像點匹配等算法涉及的參數值；平差參數包括迭代次數、收斂條件、粗差檢測及物方點與像片質量評價等參數；(2-7)曲面擬合：跟據三維坐標擬合計算標準形狀，并給出編碼標志點和非編碼標志點的點位偏差。在所述的步驟(1)中的單個CCD相機圖像獲取之前，如果只需要測量關鍵點，則根據需要建立關鍵點，并在關鍵點上粘貼編碼標志點；如果同時需要測量曲面三維精度，除了粘貼編碼標志點外，還需要適量粘貼非編碼標志點。本專利技術的一種船舶鋼板曲面尺寸在線測量系統，包括：圖像采集部分，包括：CCD攝像機，全站儀；測量部分，包括：PAD，三維數據偏差分析模塊，3D圖形現場同步顯示模塊；圖像處理模塊，像點自動匹配模塊，自檢校光束法平差模塊，三維數據顯示模塊，參數設計模塊；總控部分；包括：曲面擬合，精度分析模塊，誤差反饋分析模塊；所述的CCD攝像機獲得所測船舶鋼板曲面的原始圖像數據，經過圖像處理模塊、像點自動匹配模塊、自檢校光束法平差模塊、三維數據顯示模塊和參數設計模塊得到編碼標志點和非編碼標志點的三維點云數據；所述的編碼標志點和非編碼標志點的三維點云數據再經過曲面擬合模塊，誤差反饋分析模塊，獲得測量曲面的誤差數據；所述的編碼標志點的三維點云數據經過精度分析模塊，誤差反饋分析模塊，產生編碼標志點的誤差數據；全站儀測量關鍵點的信息，經過三維數據偏差分析，進行3D圖形現場同步顯示得到關鍵點的三維數據，再經過精度分析模塊，誤差反饋分析模塊得到關鍵點的誤差數據。所述的CCD攝像機通過1394數據線路進行圖像數據傳輸給測量部分。所述的全站儀采用瑞士徠卡TS15A測量機器人，通過藍牙與PAD進行數據傳輸。所述的測量部分的關鍵點、編碼標志點及非編碼標志點的三維數據通過TCP/IP，經過交換機傳輸給總控部分。與現有技術相比，本專利技術包括以下優點和有益效果；1.本專利技術采用高精度測量的全站儀和先進的精度管理軟件相結合進行關鍵點的三維精度管理,掌上電腦(PDA)配合全站儀進行關鍵點數據測量,用精度軟件將測量所得的現場實物分段的關鍵點數據和設計點數據進行對比分析,檢驗分段精度是否合格。實現了關鍵點的在線自動測量，減少人工干預，提高自動化水平和效率。2.本專利技術采用近景攝影測量，通過手持相機對曲面分段進行拍照測量，把照片導入到圖像處理軟件，即可得到關鍵點的三維數據，導入到精度管理軟件進行精度分析；又可對曲面分段的編碼標志點和非編碼標志點進行曲面擬合；而且，生成曲面板的三維模型可與設計的三維模型進行對比分析。3.本專利技術克服了基于全站儀的方法只能完成幾十個關鍵點的數據的測量，大部分工作都是人工完成，實現曲面分段上的關鍵點的坐標精度檢測分析，解決了無法實現曲面的擬合和檢測，無在線檢測功能的問題。附圖說明圖1是本專利技術一個實施例的系統結構示意圖。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種船舶鋼板曲面尺寸在線測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：(1)采用全站儀自動測量與CCD近景攝影測量相結合的方法，同時進行關鍵點的三維精度測量，并生成所述的關鍵點分析報告；(2)通過CCD近景攝影測量，進行曲面編碼標志點和非編碼標志點三維精度的分段測量；并通過對所述的曲面點三維精度的分段測量，進行曲面分段測量的曲面擬合，生成曲面板的三維模型，與設計的三維模型進行對比分析，生成所述的曲面對比分析報告；在所述步驟(1)中，所述的采用全站儀自動測量是指，采用全站儀進行手動或自動測量分段，獲取關鍵點三維坐標數據后，傳遞給Pad軟件進行關鍵點的管理；然后，經過ECO?SYSTEM精度管理系統分析關鍵點精度；所述的CCD近景攝影測量是指，采用單個CCD攝像機獲取圖像，從不同角度針對一個位置采集5?10幅圖像，然后移動到下一個位置，依次重復操作，直至完成整個測量幅面數據采集；所述的步驟(2)具體包括以下步驟：(2?1)單個CCD相機圖像獲取：在一個位置上從不同角度采集大約5?10幅圖像，然后移動到下一個位置，依次重復操作，直至完成整個測量幅面數據采集；(2?2)圖像處理：CCD攝像機得到的圖像，實現像點自動識別與定位、定向靶與編碼標志識別、像點交互操作、單張像片定向及反算像點功能；(2?3)像點自動匹配：經過圖像處理的圖像進行像點自動匹配，利用已知點實現普通測量點的自動匹配及其三維坐標初值計算；所述的已知點是指定向靶、編碼標志；(2?4)自檢校光束法平差：三維坐標初值進行自檢校光束法平差，顯示像片、物方點及基準尺統計信息、平差狀態信息以及物方點坐標精度估計值；(2?5)三維數據顯示：可直觀地查看各測量點及攝站信息；(2?6)參數設計：設置測量基本參數和平差參數，其中基本參數包括像點掃描、像點檢驗、定向靶與編碼標志識別、空間前方交會、空間后方交會以及像點匹配算法涉及的參數值；平差參數包括迭代次數、收斂條件、粗差檢測及物方點與像片質量評價參數；(2?7)曲面擬合：跟據三維坐標擬合計算標準形狀，并給出編碼標志點和非編碼標志點的點位偏差。...

【技術特征摘要】
1.一種船舶鋼板曲面尺寸在線測量方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：
(1)采用全站儀自動測量與CCD近景攝影測量相結合的方法，同時進行關鍵點的三維
精度測量，并生成所述的關鍵點分析報告；
(2)通過CCD近景攝影測量，進行曲面編碼標志點和非編碼標志點三維精度的分段測
量；并通過對所述的曲面點三維精度的分段測量，進行曲面分段測量的曲面擬合，生成曲面
板的三維模型，與設計的三維模型進行對比分析，生成所述的曲面對比分析報告；
在所述步驟(1)中，所述的采用全站儀自動測量是指，采用全站儀進行手動或自動測量
分段，獲取關鍵點三維坐標數據后，傳遞給Pad軟件進行關鍵點的管理；然后，經過ECO-SYSTEM
精度管理系統分析關鍵點精度；
所述的CCD近景攝影測量是指，采用單個CCD攝像機獲取圖像，從不同角度針對一個位
置采集5-10幅圖像，然后移動到下一個位置，依次重復操作，直至完成整個測量幅面數據采
集；
所述的步驟(2)具體包括以下步驟：
(2-1)單個CCD相機圖像獲取：在一個位置上從不同角度采集大約5-10幅圖像，然后
移動到下一個位置，依次重復操作，直至完成整個測量幅面數據采集；
(2-2)圖像處理：CCD攝像機得到的圖像，實現像點自動識別與定位、定向靶與編碼標
志識別、像點交互操作、單張像片定向及反算像點功能；
(2-3)像點自動匹配：經過圖像處理的圖像進行像點自動匹配，利用已知點實現普通測
量點的自動匹配及其三維坐標初值計算；所述的已知點是指定向靶、編碼標志；
(2-4)自檢校光束法平差：三維坐標初值進行自檢校光束法平差，顯示像片、物方點及
基準尺統計信息、平差狀態信息以及物方點坐標精度估計值；
(2-5)三維數據顯示：可直觀地查看各測量點及攝站信息；
(2-6)參數設計：設置測量基本參數和平差參數，其中基本參數包括像點掃描、像點檢
驗、定向靶與編碼標志識別、空間前方交會、空間后方交會以及像點匹配算法涉及的參數值；
平差參數包括迭代次數、收斂條件、粗差檢測及物方點與像片質量評價參數；
(2-7)曲面擬合：跟據三維坐標擬合計算標準形狀，并給出編碼標志點和非編碼標志點
的點位偏差。
2.根據權利要求1所述的一種船舶鋼板曲面尺寸在線測量方法，其特征在于，在所述的
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：盧道華，吳兵，王佳，胡可麗，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32